计算机控制技术培训大纲
计算机控制技术培训大纲（一） 计算机控制技术基础1. 自动控制的基本概念(1) 自动控制的一般概念, 闭环负反馈控制，开环控制(2) 自动控制系统的组成及各组成部分的功用(3) 自动控制系统分类，连续控制系统, 计算机控制系统(4) 计算机控制系统的组成，特点，应用分类(5) 自动控制系统的基本要求, 脉冲响应, 阶跃响应2. 连续控制系统的数学描述(1) 控制系统的数学模型及建立数学模型的方法(2) 连续控制系统的微分方程描述, 线性系统, 非线性系统(3) 拉氏变换定义，主要性质，拉氏变换与反变换，拉氏变换的应用(4) 传递函数定义，性质, 零点, 极点, 特征方程(5) 典型环节及其传递函数(6) 系统方块图表示，串并联及反馈系统方块图的等效变换。 3. 连续控制系统分析与校正 (1) 一阶、二阶系统时域特性，系统时域特性的计算机求解(2) 系统稳定性的定义，连续系统稳定性的充要条件，稳定性的代数判据, 影响稳定性的因素(3) 系统稳态误差的定义, 计算稳态误差的方法, 系统无静差度, 减少稳态误差的方法(4) 频率特性的概念, 幅频相频特性, 对数频率特性, 典型环节的渐近对数频率特性，系统开环频率特性(5) 稳定裕度、穿越频率概念, 稳定性的频域判据, 开环频率特性与闭环系统性能的定性关系(以二阶系统为例说明)(6) 闭环系统频域指标, 频带的概念(7) 系统校正概念，串联校正（PID校正）, 测速反馈并联校正。4. 计算机控制系统的信号特性 (1) 计算机控制系统信号特性分析(2) 采样开关特性，采样信号的时域表示，采样定理(3) 信号幅值的量化，量化误差，量化方法。计算机控制系统的量化，量化对系统的影响(4) 零阶保持器的时域特性、频率特性、传递函数(5) 前置及后置滤波器的概念与作用5. 计算机控制系统的数学描述及系统分析(1) 离散系统差分方程描述(2) Z变换定义，主要性质，Z变换与反变换方法，用Z变换求解差分方程(3) 脉冲传递函数定义及性质，差分方程与脉冲传递函数的关系(4) 离散系统的方块图表示，方块图的等效变换，闭环传递函数的求取(5) 离散系统的稳定性，稳定的充要条件，低阶（1，2阶）系统代数判据，影响离散系统稳定性的因素(6) 离散系统的稳态误差(7) 离散系统的动态响应求取方法6. 计算机控制系统的控制算法及程序实现(1) 连续控制算法的计算机实现：一阶差分变换及双线性变换(2) 数字PID算法：位置及增量算法，积分分离法，微分算法的改进，数字PID的参数整定(3) 控制算法的程序实现（直接实现，串联实现，并联实现）7. 控制用计算机系统(1) 控制用计算机系统的基本组成与配置(2) 对主机、模入模出通道、开入开出通道、采样保持等部件的要求以及性能指标的选取(3) 对实时控制软件的要求，实时控制软件的组成，编程语言选择，实时应用软件的开发过程(4) 实时控制系统中采样周期的选择及经验规则(5) 实时控制算法的编程：采样信号的变换处理，控制算法差分方程的实现, 控制算法编排实现时减少时延的方法, 控制算法中非线性特性的程序实现, 抗积分饱和算法, 速率及位置限制的程序实现等(6) 实时操作系统简述。8. 计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术(1) 实时计算机控制系统的运行环境，干扰源，干扰种类(2) 抗干扰措施：屏蔽技术, 接地技术, 电源系统抗干扰措施, 看门狗电路的应用(3) 干扰的滤波技术：模拟滤波网络, 数字滤波算法及应用(4) 计算机控制系统可靠性：系统故障，可靠性特征量概念，提高单机可靠性措施，余度技术的应用(5) 软件可靠性的概念：软件故障，软件工程设计方法，常用的提高软件可靠性的措施(6) 故障诊断技术简介。 9. 计算机控制系统设计与调试(1) 计算机控制系统设计的基本要求，设计的一般步骤(2) 系统的数学仿真方法，常用的仿真软件(3) 计算机控制系统调试方案设计，硬件调试, 软件调试，验证与确认，系统实时仿真调试，系统现场调试(4) 系统调试的主要技术：系统动态及静态指标的调整与测试, 常见问题的解决方法(5) 设计举例：高精度数字随动系统设计与调试10. 可编程控制器与集散控制系统(1) 可编程控制器：可编程控制器概念、特点、发展, 可编程控制器的基本结构及工作原理, 应用举例(2) 集散控制系统：集散控制系统概念、特点、发展, 体系结构, 基本控制器, 软件模块组态原理，应用举例（二） 机电一体化1. 导论(1) 机电一体化技术的基本概念(2) 技术体系、关键技术(3) 机械系统建模与描述(4) 应用与发展前景2. 机电一体化中的控制系统(1) 微机控制系统的功能与组成(2) 接口技术(3) 单片机(4) STD总线机控制系统(5) 机电一体化中的软件技术3. 传感器与检测系统(1) 传感器分类与选用(2) 检测系统的组成(3) 检测信号的采集与处理4. 机电一体化伺服系统(1) 伺服系统的功能与组成、选择与方案设计(2) 步进电机、交直流伺服驱动系统、伺服机械传动系统5. 机电一体化技术的应用(1) CNC机床(2) 抽油机控制(3) 机器人应用(4) 打印机。（三） 自动控制1. 自动控制的一般概念(1) 自动控制的任务(2) 基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制(3) 自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化2. 数学模型(1) 动态方程建立及线性化(2) 传递函数及动态结构图(3) 结构图的等效变换(4) 梅逊公式及应用3. 时域分析法(1) 典型响应及性能指标(2) 一、二阶系统的分析与计算(3) 系统稳定性的分析与计算：劳斯、古尔维茨判据。(4) 稳态误差的计算及一般规律4. 根轨迹法(1) 根轨迹的概念与根轨迹方程(2) 根轨迹的绘制法则(3) 广义根轨迹，零、极点分布与阶跃响应性能的关系(4) 主导极点与偶极子(5) 阶跃响应的根轨迹分析。5. 频率响应法(1) 线性系统的频率响应，典型环节的频率响应，系统开环的频率响应(2) Nyquist稳定判据和对数频率稳定判据，稳定程度及计算(3) 信号的频谱，闭环幅频与阶跃响应的关系，峰值及频宽，开环频率响应与阶跃响应的关系，三频段（低频段，中频段和高频段）的分析方法。6. 线性系统的校正方法(1) 系统设计问题概述(2) 串联校正特性及作用：超前、滞后及PID(3) 校正设计的频率法(4) 校正设计的根轨迹法(5) 反馈校正的作用及计算要点(6) 复合校正原理及其实现。7. 线性连续系统的状态空间分析方法(1) 状态的概念和状态方程的列写，状态方程的解(2) 状态方程的线性变换，传递函数阵(3) 系统的可控性、可观性及其判据(4) 动态方程的标准形，可控性、可观性分解。对偶原理，传递函数的实现(5) 状态反馈及极点配置(6) 状态观测器及其设计(7) 稳定性理论。8. 采样系统理论(1) 采样信号及采样系统(2) 采样过程的数学描述(3) 采样信号的复现：香农定理、零阶保持器(4) Z变换及Z反变换：定理、方法及应用(5) 差分方程及差分方程的解(6) 脉冲传递函数及动态结构图变换(7) 采样系统稳定性计算：双线性变换和劳斯判据，朱利（Jury）判据(8) 采样系统稳态误差的计算及一般规律(9) 采样系统零、极点分布与动态性能的定性分析(10) 离散系统的状态方程及其解9. 非线性系统理论(1) 非线性系统动态过程的一般特征(2) 典型非线性特性及其影响(3) 谐波线性化及描述函数(4) 用描述函数法研究系统稳定性和自激振荡(5) 相轨迹的一般特点及绘制方法(6) 线性系统的相轨迹，非线性系统的相轨迹绘制及分析(7) 非线性系统的校正问题。（四） 数控技术1. 数控技术概述(1) 机床数控技术的基本概念(2) 机床数控的组成和分类(3) 机床数控的特点及适用范围2. 数控加工编程基础(1) 编程的基础知识(2) 常用准备功能指令的编程方法(3) 数控编程的工艺处理(4) 程序编制中的数值计算3. 数控加工程序的编制(1) 数控车床的程序编制(2) 数控铣床与加工中心的程序编制(3) 自动编程简介4. 计算机数控装置(1) CNC装置硬件结构(2) CNC装置软件结构(3) CNC装置的数据预处理5. 数控装置的轨迹控制原理(1) 脉冲增量插补(2) 数据采样插补(3) 数控装置的进给速度控制6. 数控机床的伺服系统(1) 开环步进式伺服系统(2) 数控机床的检测装置(3) 闭环伺服系统(4) 闭环伺服系统分析7. 数控机床的机械结构(1) 数控机床对结构的要求(2) 数控机床的布局特点(3) 数控机床的主运动部件(4) 数控机床的进给运动系统(5) 数控机床的自动换刀装置8. 数控机床的故障诊断(1) 数控机床常用故障诊断方法(2) 人工智能（AI）在故障诊断中的应用9. 数控技术的发展与机械加工自动化(1) 数控机床的发展趋势(2) 先进制造技术简介
